乙肝病毒-濕氣化爐中試氣化裝置的研究

乙肝病毒-濕氣化爐中試氣化裝置的研究

中國(guó)大部分油氣資源，主要以煤炭為主要能源。煤炭氣化作為重要的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù),在化工合成氣(合成氨、甲醇)、工業(yè)燃料氣、城市煤氣等廣泛領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著煤炭液化技術(shù)的發(fā)展和先進(jìn)的煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,煤炭氣化技術(shù)將在中國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到越來(lái)越重要的基礎(chǔ)作用。煤炭氣化將固體煤炭轉(zhuǎn)變?yōu)闈崈舻娜剂蠚饣蛟蠚馐菨崈裘杭夹g(shù)的重要組成部分。北京煤化學(xué)研究所從事煤炭加工轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)已有近40年的歷史,在煤炭氣化方面先后開(kāi)展了常壓氣化工藝特性、中國(guó)煤在半工業(yè)性移動(dòng)床發(fā)生爐中的試驗(yàn)研究、文氏管排灰流化床氣化爐(?200mm)氣化試驗(yàn)、單雙筒熔渣池氣化爐研究、帶固定床過(guò)濾器的流化床間歇?dú)饣扑簹庋芯俊⒏黝愋?特別是腐植酸鹽類粘結(jié)劑的無(wú)煙煤型煤用于制合成氨原料氣的研究以及?1.6m水煤氣兩段爐和一段、兩段發(fā)生爐的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。80年代以來(lái),持續(xù)承擔(dān)國(guó)家科技“攻關(guān)”任務(wù),開(kāi)展了煤炭加壓固定床和加壓流化床氣化技術(shù)研究及高溫煤氣凈化和脫硫技術(shù)研究。1加壓固定床氣體的研究1.1中試試驗(yàn)結(jié)果加壓固定床氣化作為較早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的技術(shù),主要用作城市煤氣和間接液化原料氣的生產(chǎn)。70年代后期,為適用中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展特別是城市煤氣發(fā)展的要求,按照國(guó)家能源開(kāi)發(fā)規(guī)劃,煤炭工業(yè)局負(fù)責(zé)全國(guó)多煤種氣化試驗(yàn)包括煤炭加壓氣化性能的評(píng)價(jià)工作。1977年北京煤化學(xué)研究所承擔(dān)了國(guó)家科委建立中試氣化試驗(yàn)裝置的任務(wù),1983年設(shè)備安裝,1984年5月開(kāi)始試驗(yàn),先后成功地進(jìn)行了沈北、蔚縣、黃縣、依蘭、窯街等5個(gè)煤種的半工業(yè)性試驗(yàn),累計(jì)運(yùn)行1000多小時(shí),在考察設(shè)備運(yùn)行可靠性、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)重現(xiàn)性及學(xué)習(xí)掌握加壓氣化裝置實(shí)際運(yùn)行技術(shù)的同時(shí),試驗(yàn)所得結(jié)果也為加壓煤氣工程的可行性研究及設(shè)計(jì)提供了參考數(shù)據(jù)。中試裝置的氣化爐內(nèi)徑為650mm,燃料層高度為2m,運(yùn)行壓力為2~2.5MPa,氣化強(qiáng)度(煤氣)為850~1500m3/h·m2,耗煤量為200~500kg/h。?650mm爐試驗(yàn)操作穩(wěn)定,結(jié)果重現(xiàn)性好,取得的數(shù)據(jù)完整可靠。依蘭煤先后在該氣化爐上和東德的?3.6m氣化爐上進(jìn)行了半工業(yè)和工業(yè)性試驗(yàn),試驗(yàn)的主要結(jié)果對(duì)照見(jiàn)表1。對(duì)照2個(gè)試驗(yàn)結(jié)果,可見(jiàn)其一致性很好。因此,包括其它煤種的試驗(yàn)在內(nèi)的中試結(jié)果都獲得了國(guó)內(nèi)外專家們的一致好評(píng)。依蘭煤、窯街煤的試燒結(jié)果分別用于哈爾濱煤氣廠和蘭州煤氣廠的煤氣工程可行性研究和設(shè)計(jì)中。1.2試驗(yàn)研究現(xiàn)狀?650mm氣化爐進(jìn)行煤種試驗(yàn)比工業(yè)試驗(yàn)要省時(shí)、省事、費(fèi)用低,但所耗人力、物力、財(cái)力也相當(dāng)可觀,一般做一次試驗(yàn)需近50人,半個(gè)月時(shí)間,消耗200多噸煤。為進(jìn)行更大量的煤種試驗(yàn)工作,有必要開(kāi)發(fā)有代表性的小型試驗(yàn)裝置?！捌呶濉逼陂g,由北京煤化學(xué)研究所牽頭承擔(dān)“中國(guó)煤種資源數(shù)據(jù)庫(kù)”的攻關(guān)工作,作為其中的一部分,北京煤化所開(kāi)展了“煤炭加壓氣化基礎(chǔ)特性研究”,開(kāi)發(fā)了?100mm固定床氣化小型試驗(yàn)裝置和進(jìn)行相應(yīng)的加壓低溫干餾、加壓活性和加壓結(jié)渣性、煤加氫氣化和加壓氣化數(shù)學(xué)模型等多項(xiàng)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)用小型氣化爐設(shè)計(jì)壓力為5.0MPa,一般運(yùn)行壓力為3.0MPa,氣化爐高度為3.5m,完整的進(jìn)料、出灰裝置可實(shí)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)試驗(yàn),爐頂部上口在必要時(shí)放入攪拌破粘裝置以免爐內(nèi)掛料、懸空,配備完善的檢測(cè)分析系統(tǒng)可采集完整的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在該氣化爐裝置上先后進(jìn)行了云南先鋒和沈北褐煤及黃縣、扎萊諾爾、窯街、焦平、下花園煤、阜新、神木、大同、淮南、雞西、汾西、淮北、潞安、鶴壁、淄博、汝萁溝、焦作、晉城等煤種的大量氣化試驗(yàn),取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果,有關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)已輸入國(guó)家煤種資源數(shù)據(jù)庫(kù)中。表2給出了窯街煤和黃縣煤分別在?650mm爐和?100mm爐上試驗(yàn)所得結(jié)果的對(duì)照。對(duì)比小試和中試結(jié)果可見(jiàn),小試操作所用汽氧比要比中試的要小,這是由于小規(guī)模氣化爐較大的散熱效果所至。在煤氣組成中,小試所得的甲烷含量較中試的數(shù)據(jù)低,這與小試氣化爐中料層厚度較薄有關(guān),煤干餾層升溫速度較快和加氫過(guò)程不充分,使甲烷含量降低。也由于小爐體散熱較大,在蒸汽消耗的同時(shí),單位煤氣氧耗小試結(jié)果比中試的高。利用?100mm氣化裝置,結(jié)合加壓干餾、加壓活性等測(cè)試試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型的適當(dāng)修正,可為加壓氣化工程的可行性研究提供基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。該小型裝置的試驗(yàn)僅需5人,7天試驗(yàn)需要煤樣200kg,費(fèi)用也比?650mm爐試驗(yàn)大為降低。已先后為河南義馬煤、太原官地煤、安徽皖北煤進(jìn)行加壓氣化試燒。義馬煤試燒結(jié)果用于加壓氣化廠的可行性研究;官地煤試燒目的是為太原化肥廠規(guī)劃中的技改項(xiàng)目之用,在其試燒過(guò)程中,德國(guó)PKM專家跟蹤了試驗(yàn)全過(guò)程,試驗(yàn)獲得了滿意的結(jié)果。2加壓流暢化技術(shù)的研究2.1流化床小型氣化床內(nèi)脫硫試驗(yàn)研究為開(kāi)展加壓粉煤氣化技術(shù)的研究開(kāi)發(fā),早在60年代,煤化所建立?200mm流化床氣化爐,進(jìn)行灰熔聚氣化研究?！捌呶濉逼陂g,國(guó)家攻關(guān)和煤炭行業(yè)攻關(guān)支持,進(jìn)行了加壓粉煤流化床氣化的研究工作,在加壓固定床小型氣化爐建立的同時(shí),開(kāi)發(fā)了?100mm加壓粉煤流化床小型氣化試驗(yàn)爐。氣化爐設(shè)計(jì)壓力為3.0MPa,高度為4m,完整的壓力加料、排灰系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)氣化爐長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)操作,試驗(yàn)裝置可非常靈活地進(jìn)行空氣氣化、富氧氣化和純氧氣化等多條件試驗(yàn)。先后進(jìn)行了扎萊諾爾、蔚縣、神木、東山、晉城、華亭、大同、淄博、淮北等煤種的氣化試驗(yàn)。流化床氣化床內(nèi)脫硫試驗(yàn)結(jié)果表明,采用石灰石或白云石為床內(nèi)脫硫劑,可得到70%~85%的脫硫效率。目前該氣化爐正用作為熱煤氣脫硫研究試驗(yàn)的氣源生產(chǎn)裝置。2.2流化床煤氣化試驗(yàn)裝置為開(kāi)展中國(guó)的第二代PFBC和IGCC技術(shù)的研究工作,“八五”期間,北京煤化學(xué)研究所與上海發(fā)電設(shè)備成套研究所聯(lián)合承擔(dān)了“聯(lián)合循環(huán)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究”的國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目。北京煤化所負(fù)責(zé)加壓循環(huán)流化床氣化技術(shù)的研究,同時(shí),氣化爐生產(chǎn)的壓力煤氣提供給低熱值煤氣燃燒試驗(yàn)和燃?xì)廨啓C(jī)葉片磨蝕試驗(yàn)之用。根據(jù)攻關(guān)要求,開(kāi)發(fā)建成了日處理能力5t煤的加壓流化床粉煤氣化試驗(yàn)裝置。氣化爐密相段內(nèi)徑為300mm,設(shè)計(jì)壓力為2.5MPa,由于已有的壓縮機(jī)參數(shù)限制,試驗(yàn)操作壓力為1.0MPa,產(chǎn)氣量為500~800m3/h。已順利進(jìn)行了冶金焦、化工焦、神木煤、大同煤等5種原料的氣化試驗(yàn),累計(jì)運(yùn)行時(shí)間大于500h。工藝試驗(yàn)分別進(jìn)行了部分氣化和完全氣化2種操作模式,在進(jìn)行完全氣化操作時(shí),獲得了灰熔聚排灰,氣化爐灰渣含碳小于10%,空氣氣化煤氣熱值可達(dá)4.5MJ/m3。?300mm加壓流化床氣化裝置配套設(shè)施齊全,儀表、測(cè)控和分析系統(tǒng)配備完整。流化床氣化爐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,飛灰循環(huán)無(wú)需機(jī)械閥門,氣化爐操作自動(dòng)化程度高,過(guò)程運(yùn)行抗干擾能力較強(qiáng),氣化爐熱平衡良好。試驗(yàn)研究在調(diào)節(jié)煤氣中甲烷含量、在優(yōu)化飛灰循環(huán)控制、提高氣化過(guò)程碳轉(zhuǎn)化率等方面取得積極的進(jìn)展。工藝試驗(yàn)和煤種試驗(yàn)使裝置設(shè)備的操作可靠性、穩(wěn)定性、運(yùn)行的安全性得到了驗(yàn)證。表3列出了該氣化試驗(yàn)所得結(jié)果與有關(guān)的試驗(yàn)氣化爐結(jié)果的對(duì)比。由表可見(jiàn)該氣化爐試驗(yàn)所得氣化特性數(shù)據(jù)與同類型的中試氣化爐的試驗(yàn)結(jié)果基本相同。該裝置可進(jìn)一步應(yīng)用于多煤種加壓流化床氣化特性試驗(yàn)。3煤化所發(fā)展發(fā)電循環(huán)在煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)中,煤在氣化爐中轉(zhuǎn)化為煤氣,煤氣經(jīng)凈化脫硫后送燃?xì)廨啓C(jī)燃燒發(fā)電,出口煙氣余熱產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電,發(fā)電循環(huán)可高達(dá)45%以上,工業(yè)示范已達(dá)到43%的發(fā)電效率。在發(fā)電高效率的同時(shí),電廠的排放污染物被降低到極低的水平。在現(xiàn)在的示范發(fā)電循環(huán)中,一般采用煤氣冷卻、濕法凈化脫硫的工藝路線,但若采用高溫煤氣凈化和脫硫技術(shù),可提高發(fā)電效率1%~2%,而且可能使流程簡(jiǎn)化,降低成本。北京煤化所先后受到聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署和國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目的支持。從1991起開(kāi)始進(jìn)行熱煤氣除塵、熱煤氣脫硫劑研制和脫硫工藝的研究開(kāi)發(fā)工作。3.1主要工藝參數(shù)高溫除塵試驗(yàn)裝置以燭狀陶瓷管為核心,配套有氣體進(jìn)、出口裝置、反吹裝置、溫度控制和參數(shù)測(cè)量等。其主要工藝參數(shù)包括操作壓力1.5~2.0MPa,操作溫度可達(dá)700℃。已試驗(yàn)測(cè)試過(guò)美國(guó)IF&P公司和Dupont公司等的陶瓷管,可實(shí)現(xiàn)除塵效率大于99.9%,出口氣體含塵濃度小于10mg/m3。與氣化爐相連接進(jìn)行真實(shí)煤氣連續(xù)試驗(yàn),采用潔凈冷煤氣反吹,除塵器工作可靠、除塵效果穩(wěn)定。3.2采用熱懸浮液法和smoven工藝3.2.1u、mn類脫硫劑具有較完善的脫硫劑研制及評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室,研制出多種配方的Fe、Zn-Ti及Cu、Mn類的脫硫劑,脫硫劑經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架實(shí)驗(yàn)裝置長(zhǎng)時(shí)間多循環(huán)脫硫及再生考核試驗(yàn),顯示其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性。選擇了性能優(yōu)異的脫硫劑,進(jìn)行放大制備,制備出10kg級(jí)脫硫劑已用于SMOVEN工藝裝置的連續(xù)過(guò)程試驗(yàn)。3.2.2脫硫聯(lián)合試驗(yàn)系統(tǒng)在脫硫劑的研制和流化床脫硫—再生循環(huán)研究的基礎(chǔ)上,獨(dú)立開(kāi)發(fā)了熱煤氣脫硫SMOVEN工藝,該工藝以氣流床脫硫和低速流化床—移動(dòng)床再生為特點(diǎn),細(xì)粒度脫硫劑在脫硫反應(yīng)器和再生反應(yīng)器之間循環(huán),實(shí)現(xiàn)連續(xù)脫硫。高線速度操作使脫硫設(shè)備能力大,有利于明顯降低設(shè)備的尺寸;空氣或純氧再生可獲得高濃度的再生尾氣,以便進(jìn)一步的加工回收;并流式脫硫、低速再生以及特別設(shè)計(jì)的氣固分離結(jié)構(gòu)均有利于減少循環(huán)過(guò)程對(duì)脫硫劑的機(jī)械磨損。作為國(guó)家“九五”攻關(guān)任務(wù)的一部分,已建成全國(guó)第一套包括?100mm流化床氣化爐、高溫煤氣除塵、熱煤氣輸送和熱煤氣脫硫的整體熱煤氣凈化和脫硫連續(xù)試驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)完全真實(shí)的熱煤氣試驗(yàn)。圖1為聯(lián)合試驗(yàn)系統(tǒng)的流程示意圖。多煤種在氣化爐中進(jìn)行空氣氣化或純氧氣化,生產(chǎn)的煤氣經(jīng)旋風(fēng)除塵器和高溫陶瓷過(guò)濾器除塵后經(jīng)熱煤氣輸送管道送至熱煤氣脫硫單元。系統(tǒng)操作壓力1.5MPa,脫硫溫度為500~650℃,煤氣處理能力為15m3/h。美國(guó)UCI的鋅基脫硫劑以及自己研制的L-991(鋅基)和L-992(銅系)脫硫劑分別在連續(xù)試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了累計(jì)時(shí)間各大于50h的運(yùn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,脫硫效率大于99%,在H2S入口濃度高達(dá)1%的條件下,出口總硫(H2S和COS)濃度小于0.002%,空氣和純氧再生操作順利。該工藝過(guò)程脫硫效率高,控制和操作簡(jiǎn)便,負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活。中英合作項(xiàng)目正在開(kāi)展脫硫—再生反應(yīng)器系統(tǒng)的材料腐蝕特性的研究,以便為反應(yīng)器放大選材作準(zhǔn)備。4中小化肥工業(yè)需要技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用加壓固定床氣化爐以魯奇技術(shù)為代表,其技術(shù)成熟,運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富,熱效率高,煤氣中甲烷含量高,煤氣熱值高,比較適用于城市煤氣的生產(chǎn);但以塊煤為原料,在生產(chǎn)煤氣的同時(shí)有焦油等副產(chǎn)物,煤氣水中有機(jī)物含量高,凈化和環(huán)保處理復(fù)雜,使得工藝流程加長(zhǎng),運(yùn)行成本增加。在國(guó)內(nèi)已有哈爾濱氣化廠、蘭州煤氣廠、義馬煤氣廠用于生產(chǎn)城市煤氣,在山西潞城化肥廠用于合成氨原料氣生產(chǎn),技術(shù)仍主要依賴引進(jìn)。氣流床氣化爐主要以水煤漿進(jìn)料的德士古技術(shù)和干法進(jìn)料的殼牌技術(shù)為代表,具有煤種適用范圍廣,設(shè)備生產(chǎn)能力高,環(huán)境特性好等良好特點(diǎn),將在大型化工原料氣生產(chǎn),特別是在煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)中成為優(yōu)先選擇技術(shù)。但由于在接近于1500℃的高溫下操作,對(duì)設(shè)備選材、耐火材料、測(cè)控儀表等方面有苛刻的要求,投資比較高,因此只是在大規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中較合適。另外,在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),該類氣化爐存在對(duì)煤灰分含量、灰分特性等煤種特性較強(qiáng)的選擇性。中國(guó)引進(jìn)的德士古氣化爐在魯南化肥廠、渭河化肥廠生產(chǎn)合成氨原料氣,在上海焦化廠用于生產(chǎn)甲醇合成氣。初期投資高、維護(hù)費(fèi)用高和對(duì)煤種較強(qiáng)的選擇性是限制在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用的主要問(wèn)題。因其技術(shù)難度較大,國(guó)外廠商擁有技術(shù)產(chǎn)權(quán),因此將會(huì)在一段較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)仍將處于技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備、材料依賴進(jìn)口的狀況。但從氣化爐的發(fā)展趨勢(shì)看,加壓氣流床氣化是方向之一,尤其是干粉加煤氣化效率更高,應(yīng)引起足夠重視。國(guó)內(nèi)需要加緊消化吸收和投入一定的人力物力進(jìn)行技術(shù)跟蹤和國(guó)產(chǎn)化研究工作,力爭(zhēng)開(kāi)發(fā)出具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣化方法。粉煤流化床氣化技術(shù)直接采用0~10mm的粉煤為原料,原料制備簡(jiǎn)單,對(duì)褐煤、長(zhǎng)焰煤、弱粘煤等年青煤非常適合,幾乎不受灰分含量及其特性的限制,生產(chǎn)能力介于固定床和氣流床之間,一般可達(dá)固定床的4倍,生產(chǎn)過(guò)程不產(chǎn)生焦油類物質(zhì),環(huán)境特性較好,一般在1000℃左右的溫度下操作,其設(shè)備材料、耐火材料、檢測(cè)控制儀表國(guó)內(nèi)均易于解決,生產(chǎn)過(guò)程的安全性高。中國(guó)在流化床技術(shù)研究方面基礎(chǔ)良好,從技術(shù)條件上完全具有開(kāi)發(fā)自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的加壓氣化技術(shù)的條件。中國(guó)合成氨工業(yè)近70%的生產(chǎn)能力以煤為原料,中小能力化肥廠仍是目前氮肥工業(yè)生產(chǎn)的主力軍,在經(jīng)過(guò)技術(shù)改造和效率提高后,中小化肥生產(chǎn)仍將在一段時(shí)間內(nèi)具有較強(qiáng)的生命力。其迫切需要的是技術(shù)改造,特別是替代氣化技術(shù)。目前絕大多數(shù)原料氣生產(chǎn)是使用?2.26m或以上的半水煤氣氣化爐。這種鼓風(fēng)和制氣間歇生產(chǎn)的工藝,存在生產(chǎn)能力低、能源效率低、操作復(fù)雜、環(huán)境污染嚴(yán)重等顯著問(wèn)題,特別是對(duì)優(yōu)質(zhì)塊狀無(wú)煙煤為原料的強(qiáng)烈依賴,使得化肥生產(chǎn)成本居高不下,這一點(diǎn)特別在不產(chǎn)無(wú)煙煤的地區(qū)更為明顯,因此中小化肥面臨技術(shù)更新替代的壓力。德士古類型的氣化爐只能適合大規(guī)模生產(chǎn),而在中國(guó)資源分布、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生產(chǎn)力水平都存在不平衡的現(xiàn)狀下,需要多種技術(shù)來(lái)適用這一需求。粉煤流化床氣化技術(shù)可使用褐煤、煙煤直接氣化,生產(chǎn)符合合成氨要求的原料氣。其技